Синтез мочевины - один из путей регуляции кислотно-щелочного состояния

В условиях азотистого равновесия около 90 г белков подвергаются распаду, результатом которого является образование ионов бикарбоната (около 60 г или 1 моль/сут) и аммиака, которые используются в основном печенью в механизме синтеза мочевины (рис.13.20). При этом из моля  HCO₃^- и  моля NH₄⁺ образуется 1 моль мочевины, т.е. удаления бикарбоната и аммиака сопряжены друг с другом. Если количество бикарбоната снижается, то снижается и образование мочевины, а выделение  ионов аммония переключается на альтернативные пути.

Рис.13.20. Обмен белков и КЩС 

Примером такого состояния может служить  ацидоз, при котором наблюдается снижение синтеза мочевины и ионы аммония, связываясь с глутаминовой кислотой в составе глутамина, покидают гепатоциты. Глутамин транспортируется к почкам, и используются как источник ионов аммония, выделяемых с мочой. Наоборот, при алкалозе происходит активное потребление бикарбоната циклом мочевинообразования, а  необходимый в эквимолярных количествах NH₄⁺ образуется путем повышения активности глутаминазы из глутамина, который в этом случае потребляется печенью.

Почки участвуют в регуляции кщс путем выделения протонов

Хотя почки изменяют концентрацию протонов значительно медленнее, чем другие органы, однако  удаление  протонов с мочой  позволяет регенерировать  буферные анионы. Канальцы почек в состоянии повысить концентрацию водородных ионов в 1000 раз: от 40 нмоль/л (концентрация в крови и первичной моче) до 40 ммоль/л (концентрация в конечной моче при рН 4,4). Эти 0,04 ммоль/л лишь незначительная часть ежедневной продукции протонов, которая у взрослого человека составляет от 40 до 80 ммоль за сутки. Если бы это количество протонов (в среднем  60 ммоль) распределить в 1,5 л мочи (40 ммоль/л мочи), то рН мочи было бы 1,4. Однако обычно рН мочи не опускается ниже 4,4 (в норме 4,4-8,0). То, что ежедневно произведенное количество протонов, тем не менее, может выделяться, объясняется присутствием буферных растворов в моче.

При секреции протонов в мочу (Рис.13.21) диоксид углерода, который  образуется в реакциях обмена в клетках канальцев  или извлекается  из крови, под влиянием фермента карбангидразы  II  превращается в углекислоту. Последняя диссоциирует на ионы бикарбоната и  протоны. В то время как протоны диффундируют в мочу, бикарбонаты переходят во внеклеточное пространство вместе с ионами натрия для поддержания электронейтральности.  Как уже упоминалось, выделяемые протоны в моче связываются буферными растворами.

В моче также существует открытая буферная система

Такой  буферной системой в моче является фосфатная. Она образована одно- и двузамещенными солями фосфорной кислоты. Концентрация компонентов данной  буферной системы в гломерулярном фильтрате  такая же, как и в плазме (1 ммоль/л). При значении рН гломерулярного фильтрата равном 7.4, 80 % фосфатов этой системы представлено

Рис.13.21. Схема образования протонов клетками канальцев почек. Выделение  протона сопровождается переходом в кровь иона бикарбоната

двузамещенной  и  20 %  однозамещенной формами  ионов фосфорной кислоты (отношение 4:1). Благодаря благоприятному положению значения рK равному 6,80 (рН=рК±1 для нелетучих буферных систем) эта система превосходно соответствует условиям поддержания рН в моче. Уже при рН 4.5 почти весь двузамещенный фосфат превращается, принимая протон (НРО₄^- + Н⁺ → Н₂РО₄^-)  в двузамещенный. Таким способом около 50 % протонов, попадающих в мочу, могут быть связаны. 

 При титровании мочи щелочью (0,1 N  NаОН) связанные этой буферной системой протоны можно определить количественно. Данная  величина обозначается как титруемая кислотность мочи, которая у здорового человека составляет 10 – 40 ммоль /24 ч.

Титруемая кислотность сильно повышается при нагрузках кислотой. Емкость этой нелетучей буферной системы  при нагрузках относительно мала, так как уровень фосфатов в моче во многом определяется их потреблением с пищей. 

Система  ионы аммония/аммиак. Клетки эпителия канальцев обладают еще одной возможностью связывать протоны  – они синтезируют аммиак. Так как концентрация аммиака во внеклеточном пространстве и, следовательно, в гломерулярном фильтрате чрезвычайно низкая (аммиак обезвреживается в печени) клетки эпителия получают аммиак, главным образом, из глутамина, который образуется  в различных тканях (мышцы, мозг, печень) и рассматривается как транспортная форма аммиака в крови. Эпителиальные клетки дистальных и проксимальных канальцев, а также собирательных трубочек содержат высокоактивную глутаминазу, катализирующую гидролиз глутамина и высвобождение аммиака. Последний секретируется в просвет канальцев и действует там как акцептор протонов (NH₃ +H⁺ → NH₄⁺). 

Образующийся ион аммония, обладающий высоким зарядом, не проходит через мембраны и остается в моче. Выделение аммония составляет у здорового 30 – 50 ммоль/сут. В то время как фосфатная буферная система быстро реагирует на нагрузку кислотой, повышение выделения аммония происходит постепенно, в течение нескольких дней. 

Таблица 13.8. Выделение протонов почками у человека 

	Выделение протонов (ммоль/24 ч)	Отношение аммиак/ титруемая кислотность
У здорового Протоны, связанные с аммиаком Титруемая кислотность У больных диабетом с кетоацидозом Протоны, связанные с аммиаком Титруемая кислотность У больных с хроническим воспалением почек (нефрит) Протоны, связанные с аммиаком Титруемая кислотность	30–50 10–30 300–500 75–250 0,5 – 1,5 2,0 –  20	1 – 2,5 1 – 2,5 0,2 – 1,5

Однако  возможности аммиачной  буферной системы  намного выше, чем у фосфатной (титруемая кислотность).  Выделение протонов при помощи данной  буферной системы может достигать до 500 ммоль/сут. Аммиак очень удобный компонент  буферной системы, поскольку подобно  диоксиду углерода является  конечным продуктом обмена азота и его количество не ограничено.  При помощи реакций аминирования (глутаматдегидрогеназа  и глутаминсинтетаза) аммиак  частично может усваиваться ( подобно СО₂ в реакциях карбоксилирования), однако   животные клетки  не обладают способностью  полной фиксации этого конечного продукта. При нагрузках кислотой ( например, при продолжительном голодании, что сопровождается образованием кетоновых тел) азота больше выделяется в форме аммиака чем в форме мочевины. 

Таблица 13.9. Характеристика СО₂/НСО₃  и NH₄⁺/NH₃  буферных систем

Показатели	СО2/НСО3	NH4+/NH3
рК Один из партнеров Тип системы Отношение ион/газ при рН 7.4 Конечный продукт Растворимость в воде Место действия Противостоит	6,10 Летучий Открытая  20:1 С-обмена Хорошая  Внеклеточное пространство Щелочи	9,40 Летучий  Открытая 100:1 N-обмена Очень хорошая  Моча Кислоте

Значение рК аммиачной буферной системы равно 9,4,  что, как указывалось выше,  относительно неблагоприятно для значений рН гломерулярного фильтрата. Такая буферная система в закрытых условиях плохо справлялась бы с функцией поддержания рН. Однако учитывая то, что аммиак постоянно выделяется клетками канальцев, этот  буфер можно рассматривать как открытую систему подобно таковой для бикарбонатной буферной системы. Так как соотношение ион аммония / аммиак очень высокое ( 100:1 при рН 7.4) через мочу могут выделяться большие количества  протонов без значительных изменений рН. Такая система соответствует описанной выше бикарбонатной системе,  которая представляет  открытую систему с соотношением анион /газ   20:1   и неблагоприятным для рН крови значением рК равном  6.1.